Егоров В. В., Петров А. Ф.

Техника высоких напряжений: метод. указания / В. В. Егоров, А. Ф. Петров. – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2012. – 35 с.

Методические указания включают в себя краткие теоретические сведения из курса «Техника высоких напряжений и электротехнические материалы», программу и порядок выполнения работы, содержание отчета по лабораторным работам.

Предназначены для студентов электромеханического, механического, вечернего и заочного факультетов.

К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, сдавшие зачет по правилам техники безопасности при работе с высоковольтными установками.

© Егоров В. В., Петров А. Ф., 2012

© Петербургский государственный

университет путей сообщения, 2012

Лабораторная работа 8

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Цель работы – ознакомление с некоторыми методами из­мерений постоянных, переменных и импульсных высокихна­пряжений.

Общие сведения. Постоянное высокое напряжение можно измерить стрелочным прибором – микроамперметром, при этом последовательно с ним должна быть включена цепочка высокоомных резисторов R (рис. 1а). Величина сопротив­ления подсчитывается по формуле

R = ,

где U – максимальное напряжение, для которого разрабаты­вается регистрирующий прибор;

I _пр– максимальный ток микроамперметра;

R _пр – внутреннее сопротивление микроамперметра.

Несколько большую точность обеспечивает схема, изобра­женная на рис. 1б. В качестве регистрирующего прибора ис­пользуется электростатический вольтметр. Величина измерен­ного напряжения

,

где К _д = R _общ/ R ₂;

U _в – напряжение, измеренное вольтметром.

а) б) в)

Рис. 1. Схемы измерения высокого напряжения с помощью микроампер­метров (а, в)

и низковольтного электростатического вольтметра (б)

Применение добавочных резисторов R или делителей напря­жения в сочетании с микроамперметрами или электростати­ческими вольтметрами позволяет достаточно точно изме­рять постоянное напряжение, однако при измерении пере­менного напряжения возникает угловая погрешность. Для уменьшения погрешности резисторы помещают внутрь экра­на и подключают его параллельно высоковольтным конденсаторам С. Схема замещения приведена на рис. 1в.

Для измерения высокого напряжения используют высоко­вольтные электростатические вольтметры. Принцип их работы основан на действии сил электрического поля. Эти силы можно измерить с помощью указателя на подвижном элек­троде:

.

Конструкция электростатического вольтметра показана на рис. 2. Так как емкость между двумя электродами вольт­метра составляет 5...50 пФ, а сопротивление утечки – более 10¹³ Ом, электростатические вольтметры не подвержены влия­нию на источник питания.

Рис. 2. Конструкция электростатического вольтметра:

1, 2 – электроды; 3 – флажок; 4 – ось; 5 – держатель; 6 – зеркало; 7 – успокоитель

Для измерения пульсирующего, переменного и импульсно­го напряжений применяются приборы с различными схемами включения конденсаторов и диодов. Схема простейшего пик-вольтметра показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема простейшего пиквольтметра: U – приложенное напряжение

Наиболее распространен метод измерения высокого напряжения с помощью шарового раз­рядника (ШР), основанный на следующем принципе. При заданных размерах элек­тродов и одинаковых внешних условиях пробой воздушного промежутка происходит при определенной напряженности электрического поля Е _проб = Е _max:

,

где U – напряжение, приложенноек электродам;

а – расстояние между шарами;

f – коэффициент неравномерности электрического поля.

Следовательно, величина пробивного напряжения U _проб = E _пр а является функцией расстояния между шарами.

Определение величины U _проб производится по стандарт­ным таблицам (табл. 1), при использовании которых необходимо учи­тывать:

1) данные таблиц различаются в соответствии со схемой подключения ШР – симметричной или несимметричной;

2) таблицы составлены для нормальных атмосферных ус­ловий (давление Р = 760 мм рт. ст., температура воздуха Т = 293 °К). Для определения действительного пробивного напряжениянеобходимо ввести поправочный коэффициент δ:

; ;

3) при определении импульсных высоких напряжений таб­лицы справедливы только для случаев воздействия импульс­ного напряжения в виде полной стандартной волны с учетом ее полярности. При иных формах импульсных волн разброс величин пробивных напряжений существенно увеличивается.Напряжение, при котором вероятность пробоя промежутка ШР составляет 50 %, носит название пятидесятипроцентного пробивного напряжения. Практически допускается определе­ние U _проб. 50 % из опыта, в котором из 10 импульсов, подан­ных на ШР, будет отмечено 4...6 пробоев его промежутка.

Применение ШР как измерительного устройства с гаран­тируемой точностью производимых измерений порядка 3...5 % допустимо только при следующих соотношениях длины его промежутка ак диаметру шаров:

; .

Таблица 1

Зависимость разрядной характеристики от диаметра шаров

Для устранения факторов, влияющих на точность из­мерений, необходимо:

· использовать шары точной геометрической формы;

· протирать поверхность шаров перед измерениями;

· не учитывать первый пробой промежутка.

Программа работы

1. С помощью ШР проградуировать на высокое напряжение вольтметр в первичной цепи высоко­вольтного трансформатора;

2. Измерить импульсное напряжение и напряжение промышленной частоты, вызывающее перекрытие поверхности изоляторов разных типов;

3. С помощью микроамперметра, низко- и высо­ковольтного электростатических вольтметров, осциллографа, пикового вольтметра и шарового разрядника измерить высокое напряжение:

● на выводах испытательного трансформатора;

● на выходе одно- и двухполупериодного выпрямителя;

● на выходе генератора импульсных напряжений.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: